CN101488688A - 一种电机内定子及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电机内定子，包括有多个相互冲压叠加且呈圆形的铁芯冲片，其特征在于：铁芯冲片由直列式带状冲片卷绕并车削外圆而成，包括有若干个相互连接的单元齿块，相邻两个单元齿块由连接部连接，连接部在内缘上开有能减小卷绕应力的凹口，每一单元齿块包括有齿冠、齿身和齿根，相邻单元齿块之间形成一在齿根处开口并和所述凹口相连通的绕线槽，相邻单元齿块的齿根在带状冲片卷绕成型后相互紧靠，使得绕线槽呈一可供线圈穿过的封闭槽孔。与现有技术相比，本发明提高冲裁的材料利用率和绕线效率，降低了绕线槽设计的难度；由于成型后的铁芯绕线槽是封闭的，可以消除齿槽转矩，避免因为电机的转矩脉动过大而引起的振动和噪声。一种电机内定子及其制造方法。

Description

一种电机内定子及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种电机内定子，特别是涉及一种能够实现机械化绕组的电机内定子及其加工方法。

背景技术

传统的电机内定子都是先设计出和定子形状相配的圆形铁片后，按照该形状制作冲压模具，再冲片叠片成型。采用这种成型工艺存在的问题是：首先，材料利用率比较低，一般在50％以内；其次，由于内定子的绕线一般是通过开设在铁芯外圆上的槽口绕线，在成型的内定子绕线很难实现机械化作业，因为成型后的内定子绕线空间很小，外圆上的槽口也很小，即便是采用机械设备操作，也导致绕线效率偏低。

为了解决传统电机定子中电工冲片的利用率低、槽满率低、端部大、绕组制造费高的问题，现有专利号为200620020255.5的中国实用新型《拼装式内定子永磁电机》公开了一种内定子结构的永磁电机，该定子铁心由多组缠绕着线圈的扇形定子齿块拼接而成，每一组扇形定子齿块是由多个扇形冲片单元相互叠加构成的，定子绕组是由多个线圈串联或并联构成的。所述专利的定子铁心可以作为直接启动同步电动机或无刷直流电动机的定子，有效地改善了传统电机定子中电工冲片的利用率低等问题，不存在绕组嵌线的问题。

但是，所述专利在多组齿块拼接成环形定子本体时，需要采用附着于定子本体两面的环形上压板、环形下压板通过扇形定子齿块轭部下端的紧固件(如螺栓、螺钉等)才能固定连接成一体，组装比较麻烦；其次，由于配件太多，加工非常复杂，在一定程度上增加了生产成本。另一方面，上述专利中的定子在成型后的定子外圆上仍然留有槽口(齿槽)，这些槽口(齿槽)的存在，使得永磁体与对应的电枢表面的气隙磁导不均匀，当转子旋转时，使得在一个磁状态内，磁路磁阻发生变化，从而引起转矩脉动。通常，消除齿槽转矩或抑制由齿槽引起的转矩脉动，常采用斜槽、分数槽、合理设计磁极形状和充磁方向等措施，但这些设计方案会使得电机的整体设计变得更为复杂，也会增加产品的生产成本。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种组装结构简单且成型后无齿槽的电机内定子及其制造方法，该电机内定子不但能够实现高效化机械绕组，而且还能有效消除因齿槽转矩而产生的电机转矩脉动。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该电机内定子，包括有多个相互冲压叠加且呈圆形的铁芯冲片，其特征在于：所述的铁芯冲片由直列式带状冲片卷绕并车削外圆而成，每一个带状冲片包括有若干个相互连接的单元齿块，相邻两个单元齿块由可在外力作用下弯曲的连接部彼此连接，所述连接部在内缘上开有能减小卷绕应力的凹口，每一所述单元齿块包括有齿冠、齿身和齿根，其中，所述的连接部分别和相邻单元齿块的齿冠连成一体，相邻单元齿块之间形成一在齿根处开口并和所述凹口相连通的绕线槽，相邻单元齿块的齿根之间的距离满足如下条件：在所述带状冲片卷绕成型后，相邻单元齿块的齿根相互紧靠，使得所述的绕线槽呈一可供线圈穿过的封闭槽孔。

为了能够使得带状冲片达到较佳的卷绕效果，在卷绕成型后，相邻单元齿块之间的贴合更加平稳、牢固，保证绕线槽的相对封闭，每一所述单元齿块的齿根具有两条对称设置并倾斜的侧边，相邻两齿根的一对临近而设的侧边之间形成一呈燕尾槽状的开口，并且，每一单元齿块的两侧边延长线所形成的夹角β＝360/n度，公差范围在+0～+5分，其中，n≥3，n为每一个带状冲片所包含的单元齿块的数量。

所述的凹口可以为任意的形状，如圆弧形张口、椭圆张口、三角张口等，目的是在卷绕成型时，让相邻单元齿块之间在凹口处的挤压材料有一定的容置空间，减小卷绕应力，防止卷绕时连接部出现断裂，作为优选，所述凹口可以为一圆弧张口，该凹口的张角θ＝90～150°。

考虑到卷绕后需要对铁芯车削外圆，连接部需要留有一定的车削余量，作为优选，所述连接部在圆周的最小径向宽度范围为0.5～2mm，也即为连接部的凹口顶部到外圆的距离为0.5～2mm。

为了便于铁芯的固定，所述单元齿块在齿根上还开设有直径范围为2～4mm的铆接孔。

电机运行时需要安装霍尔元件，霍尔槽的开设位置可以根据电机的具体要求确定，作为优选，所述的单元齿块在齿冠部位还预留有霍尔槽。

本发明制造上述电机定子方法为，包括有以下工艺步骤：

①、单片冲裁，可以在同一条板材上一次单列冲裁，或者在一块板材上进行同时两列对排、四列两两对排或四列以上双数排的冲裁，以获得具有若干个连续相接有单元齿块的单片带状冲片；

②、冲片叠压，将所述的多个单片带状冲片冲叠成一带状冲片组，所述的单元齿块对应地叠加为单元齿块组；

③、绕线，在所述带状冲片组的每一个单元齿块组上缠绕线圈，可以通过手工或机械化实现绕线；

④、卷绕成型，将绕上线圈的带状冲片组卷绕成型为圆形铁芯，考虑到铁芯直径的大小不同，对于直径较小的铁芯可以采用整条带状冲片一次卷绕成型，对于直径较大的铁芯，可以采用多段卷绕拼接的方式成型为完整的铁芯；

⑤、固定，在卷绕成型后的铁芯中间固定设置有一内定子支架，该支架用于所述铁芯的安装和机加工的定位；其中，所述内定子支架可以采用冲压成型的钢板或铝合金板，支架压制在所述铁芯的内缘的一侧上，该铁芯的内缘的另一侧固定有分别和该铁芯和所述支架连接的压板；所述内定子支架也可以采用由环氧树脂灌封成型的热固性材料，支架直接注塑成型在所述铁芯上实现封装。

⑥、车削加工，对所述铁芯的外圈必须进行车削加工以保证铁芯的圆度，铁芯外圈的车削量为小于或等于卷绕成型后的铁芯连接部在圆周的最小径向宽度，即车削后的连接部在圆周的最小径向宽度为0～0.5mm，铁芯的外圆基本上达到连接部内缘上的凹口位置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：首先，采用直列式的带状冲片结构，大大提高了冲裁时的材料利用率，节省了冲裁成本；

其次，采用了先叠压绕线、后卷绕成型的制造工艺，在卷绕前，直接在带状冲片上绕线能够便于实现机械化作业，提高了绕线效率，铁芯绕线槽的设计不再受绕线的约束，降低了绕线槽设计的难度；

另一方面，由于铁芯是先绕线后卷绕成型，并且卷绕成型时，相邻单元齿块之间的齿冠通过连接部连接于一起，相邻单元齿块的齿根相互紧贴于一起，使得成型后的铁芯绕线槽是封闭的，如此一来，就可以消除齿槽转矩，从而保证电机的转子和定子在工作时磁力线分布的平稳性，避免因为电机的转矩脉动过大而引起的振动和噪声，能够有效地提高电机的整体性能。

附图说明

图1为本发明实施例的带状冲片结构示意图。

图2为图1所示的A-A向剖视图。

图3为图1中所示的I部局部放大图。

图4为本发明实施例的压板结构示意图。

图5为图4所示的B-B向剖视图。

图6为本发明实施例的支架结构示意图。

图7为图6所示的C-C向剖视图。

图8为本发明实施例的定子组件结构示意图。

图9为图8的D-D向剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图3所示，为组成本发明圆形铁芯的直列式带状冲片结构示意图，该铁芯由多个相互冲压叠加而成的带状冲片1卷绕成型，每一带状冲片1包括有多个相互连接的单元齿块11，在本实施例中，由于内定子直径较大，铁芯成型并不是一根带状冲片一次卷绕成型，而是均分为三段具有相同单元齿块数的带状冲片1，每一带状冲片1包括有17个单元齿块组成，相邻两个单元齿块11由可在外力作用下弯曲的连接部12彼此连接，参见图1。

其中，连接部12在内缘上开有能减小卷绕应力的半圆形凹口121，该半圆形凹口121的张角为150°，能够保证带状冲片1在卷绕时相邻单元齿块11之间具有充足的挤压空间，防止应力集中引起的连接部12变形或连接部12断裂；

每一单元齿块11包括有齿冠111、齿身112和齿根113，其中，齿冠111薄，齿根113厚，连接部12分别和相邻单元齿块11的齿冠111连成一体，每一单元齿块11的齿根113具有两条对称设置并倾斜的侧边114，相邻两齿根113的一对临近而设的侧边之间形成一呈燕尾槽状的开口13，并且，每一单元齿块11的两侧边114延长线所形成的夹角β＝360/n度，公差范围在+0～+5分，其中，n≥3，n为每一个带状冲片所包含的单元齿块的数量，于是，在相邻单元齿块11之间形成一在齿根113处形成燕尾槽开口13的矩形绕线槽14，电磁线圈2可通过该绕线槽14实现绕线，相邻单元齿块11的齿根侧边114的倾斜角度及其间距满足如下条件：在所述带状冲片卷绕成型后，距离相邻单元齿块的齿根相互紧靠，使得所述的绕线槽呈一可供线圈穿过的封闭槽孔。

卷绕成型后的铁芯在未车削外圆前，连接部12在圆周的最小径向宽度范围(即凹口121顶部到外圆的距离)为0.5～2mm，可以保证铁芯卷绕成型后在外圆上的车削余量；单元齿块11在齿根113上还开设有直径范围为2～4mm的铆接孔15，可以便于实现铁芯的固定连接；通常，铁芯上还开有霍尔槽16，霍尔槽16的位置可以设置在铁芯的内圈或着外圈上，本实施例中，整个圆形铁芯在外圆周上(即单元齿块11的齿冠111上)均布有三个霍尔槽16。

上述铁芯采用如下的制造方法，具体包括有以下的工艺步骤：

①、单片冲裁，获得具有17个连续相接有单元齿块11的单片带状冲片1；

②、冲片叠压，将冲裁得到的单片带状冲片1以55片为一组，用胎具直接扣式冲叠成一个整体的带状冲片组，所述的单元齿块11即相应的叠加成为一单元齿块组；

③、绕线，将带状冲片组安装到绕线机上，通过机械化作业实现在每一个单元齿块组上缠绕线圈2；

④、卷绕成型，将绕上线圈2的带状冲片组卷绕成型为三分之一的铁芯圆弧，然后将三段卷绕成型的铁芯圆弧拼接为一完整的圆形铁芯；

⑤、固定，在圆形铁芯的中间固定设置一用于铁芯安装和机加工定位的内定子支架3，本实施例采用冲压成型的钢板或铝合金板作为内定子支架3；

⑥、车削加工，将安装有内定子支架3的铁芯装配到机床上，对铁芯的外圈进行车削加工以保证铁芯的圆度，其中，铁芯外圈的车削量小于或等于连接部在圆周的最小径向宽度，即车削后的铁芯外圆基本上达到连接部内缘上的凹口位置，此时的连接部在圆周的最小径向宽度为0～0.5mm。

如图6、图7所示，为固定于成型铁芯中间的内定子支架3结构示意图，该支架具有筋板31，该筋板31的外缘具有高于该筋板31厚度的环形凸缘32，支架3的凸缘32在周向还设置有一圈外凸的凸台33，其中，支架3在凸缘32的周向开设有多个可与组成铁芯的每一单元齿块齿根上的铆接孔15相对应的通孔321，支架3在凸台33上开设有若干第一连接孔331，支架3中部上还具有可用于电机轴安装的轴孔33；

如图4、图5所示，为用于铁芯另一端面限位的压板4结构示意图，该压板4为一中空的环形板，压板4在环形板上沿圆周分别开设有可与组成铁芯的每一单元齿块齿根上的铆接孔15相对应的小孔41，以及可与支架3凸台33上的第一连接孔35相对齐的第二连接孔42。

如图8、图9所示，为铁芯、压板4和内定子支架3的组装结构示意图，在带状冲片1卷绕成型并拼接为一完整铁芯后，将支架3压制在铁芯内缘的一侧上，将压板4压制在铁芯的内缘的另一侧上，并且使支架3上的通孔321、铁芯上的铆接孔15和压板4上的小孔41对齐，压板4上的第二连接孔42和支架3上的第一连接孔331对齐，在对齐的小孔41、铆接孔15和通孔321内穿上螺栓或螺钉，同时在对齐的第一连接孔331和第二连接孔42内穿上螺栓或螺钉，可以将铁芯、压板4和支架3固定连接于一起，支架3可以安装到机床上用于铁芯的外圆加工，也可以安装到电机轴上。这里，内定子支架也可以采用由环氧树脂灌封成型的热固性材料，即将由该热固性材料获得支架直接注塑成型在铁芯上，以获得更好的铁芯固定效果。

本实施例的铁芯为内定子结构，由于采用了现叠压绕线，后卷绕成型的工艺，通过该工艺成型获得的内定子铁芯可以实现多槽和小槽口设计，降低了绕线槽的设计难度，而且，在内定子上绕线圈的工艺更为简单，能够实现机械化绕线操作，大大提高绕线效率，更有益于实现自动化生产。

Claims (10)

1、一种电机内定子，包括有多个相互冲压叠加且呈圆形的铁芯冲片，其特征在于：所述的铁芯冲片由直列式带状冲片卷绕并车削外圆而成，每一个带状冲片包括有若干个相互连接的单元齿块，相邻两个单元齿块由可在外力作用下弯曲的连接部彼此连接，所述连接部在内缘上开有能减小卷绕应力的凹口，每一所述单元齿块包括有齿冠、齿身和齿根，其中，所述的连接部分别和相邻单元齿块的齿冠连成一体，相邻单元齿块之间形成一在齿根处开口并和所述凹口相连通的绕线槽，相邻单元齿块的齿根之间的距离满足如下条件：在所述带状冲片卷绕成型后，相邻单元齿块的齿根相互紧靠，使得所述的绕线槽呈一可供线圈穿过的封闭槽孔。

2、根据权利要求1所述的电机内定子，其特征在于：每一所述单元齿块的齿根具有两条对称设置并倾斜的侧边，相邻两齿根的一对临近而设的侧边之间形成一呈燕尾槽状的开口，并且，每一单元齿块的两侧边延长线所形成的夹角β＝360/n度，公差范围在+0～+5分，其中，n≥3，n为每一个带状冲片所包含的单元齿块的数量。

3、根据权利要求1所述的电机内定子，其特征在于：所述凹口为一圆弧张口，该凹口的张角θ＝90～150°。

4、根据权利要求1所述的电机内定子，其特征在于：所述连接部在圆周的小径向最宽度范围为0.5～2mm。

5、根据权利要求1所述的电机内定子，其特征在于：所述单元齿块在齿根上还开设有直径范围为2～4mm的铆接孔。

6、根据权利要求1所述的电机内定子，其特征在于：所述的单元齿块在齿冠部位还预留有霍尔槽。

7、一种如权利要求1～6中任一权利要求所述的电机内定子的制造方法，其特征在于包括有以下工艺步骤：

①、单片冲裁，获得具有若干个连续相接有所述单元齿块的单片带状冲片；

②、冲片叠压，将所述的多个单片带状冲片冲叠成一带状冲片组，所述的单元齿块对应地叠加为单元齿块组；

③、绕线，在所述带状冲片组的每一个单元齿块组上缠绕线圈；

④、卷绕成型，将绕上线圈的带状冲片组卷绕成型为圆形铁芯；

⑤、固定，在卷绕成型后的铁芯中间固定设置有一内定子支架，该支架用于所述铁芯的安装和机加工的定位；

⑥、车削加工，对所述铁芯的外圈进行车削加工以保证铁芯的圆度。

8、根据权利要求7所述的电机内定子的制造方法，其特征在于：所述步骤⑤中的内定子支架采用冲压成型的钢板或铝合金板，所述内定子支架压制在所述铁芯的内缘的一侧上，该铁芯的内缘的另一侧固定有分别和该铁芯和所述支架连接的压板。

9、根据权利要求7所述的电机内定子的制造方法，其特征在于：所述步骤⑤中的内定子支架采用环氧树脂灌封成型的热固性材料，所述内定子支架和所述铁芯为注塑成型。

10、根据权利要求7所述的电机内定子的制造方法，其特征在于：在所述步骤⑥中，车削铁芯外圆后得到所述连接部沿圆周的径向最小宽度范围为0～0.5mm。

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